சமீபத்தில், ரஷ்ய அகாடமி ஆஃப் சயின்சஸின் பயன்பாட்டு இயற்பியல் நிறுவனம் எக்ஸாவாட் சென்டர் ஃபார் எக்ஸ்ட்ரீம் லைட் ஸ்டடி (XCELS) ஐ அறிமுகப்படுத்தியது, இது பெரிய அறிவியல் சாதனங்களுக்கான ஆராய்ச்சி திட்டமாகும்உயர் சக்தி ஒளிக்கதிர்கள். இந்த திட்டத்தில் ஒரு கட்டுமானத்தை உள்ளடக்கியதுஉயர் சக்தி லேசர்பெரிய துளை பொட்டாசியம் டிடியூட்டீரியம் பாஸ்பேட் (டி.கே.டி.பி, வேதியியல் ஃபார்முலா கே.டி 2 பிஓ 4) படிகங்களில் ஆப்டிகல் அளவுரு சிரிக்கப்பட்ட துடிப்பு பெருக்க தொழில்நுட்பத்தின் அடிப்படையில், 600 பி.டபிள்யூ பீக் சக்தி பருப்புகளின் மொத்த வெளியீடு எதிர்பார்க்கப்படுகிறது. இந்த பணி XCELS திட்டம் மற்றும் அதன் லேசர் அமைப்புகளைப் பற்றிய முக்கியமான விவரங்கள் மற்றும் ஆராய்ச்சி முடிவுகளை வழங்குகிறது, பயன்பாடுகள் மற்றும் அல்ட்ரா-ஸ்ட்ராங் லைட் புலம் இடைவினைகள் தொடர்பான சாத்தியமான தாக்கங்களை விவரிக்கிறது.
எக்ஸ்செல்ஸ் திட்டம் 2011 இல் உச்ச சக்தியை அடைவதற்கான ஆரம்ப குறிக்கோளுடன் முன்மொழியப்பட்டதுலேசர்200 PW இன் துடிப்பு வெளியீடு, இது தற்போது 600 PW ஆக மேம்படுத்தப்பட்டுள்ளது. அதன்லேசர் அமைப்புமூன்று முக்கிய தொழில்நுட்பங்களை நம்பியுள்ளது:
. சிபிஏ) தொழில்நுட்பம்;
.
(3) ஆயிரக்கணக்கான ஜூல்களின் துடிப்பு ஆற்றலுடன் ஒரு பெரிய துளை நியோடைமியம் கண்ணாடி லேசர் ஒரு அளவுரு பெருக்கியை பம்ப் செய்ய பயன்படுத்தப்படுகிறது.
அல்ட்ரா-வைட்பேண்ட் கட்ட பொருத்தம் பல படிகங்களில் பரவலாகக் காணப்படுகிறது மற்றும் இது OPCPA ஃபெம்டோசெகண்ட் லேசர்களில் பயன்படுத்தப்படுகிறது. டி.கே.டி.பி படிகங்கள் பயன்படுத்தப்படுகின்றன, ஏனெனில் அவை நடைமுறையில் காணப்படும் ஒரே பொருள், அவை பல்லாயிரக்கணக்கான சென்டிமீட்டர் துளை வரை வளர்க்கப்படலாம், அதே நேரத்தில் மல்டி-பி.டபிள்யூ சக்தியின் பெருக்கத்தை ஆதரிக்க ஏற்றுக்கொள்ளக்கூடிய ஒளியியல் குணங்கள் உள்ளனலேசர்கள். என்.டி கண்ணாடி லேசரின் இரட்டை அதிர்வெண் ஒளியால் டி.கே.டி.பி படிகத்தை செலுத்தும்போது, பெருக்கப்பட்ட துடிப்பின் கேரியர் அலைநீளம் 910 என்.எம் என்றால், அலை திசையன் பொருந்தாத டெய்லர் விரிவாக்கத்தின் முதல் மூன்று சொற்கள் 0 ஆகும்.
படம் 1 என்பது XCELS லேசர் அமைப்பின் திட்டவட்டமான தளவமைப்பு ஆகும். முன் இறுதியில் 910 என்எம் (படம் 1 இல் 1.3) மற்றும் 1054 என்எம் நானோ விநாடி பருப்பு வகைகள் ஓபிசிபிஏ பம்ப் லேசரில் செலுத்தப்பட்ட (படம் 1 இல் 1.1 மற்றும் 1.2) மைய அலைநீளம் கொண்ட சிலிர்க்கப்பட்ட ஃபெம்டோசெகண்ட் பருப்புகளை உருவாக்கியது. முன் இறுதியில் இந்த பருப்புகளின் ஒத்திசைவு மற்றும் தேவையான ஆற்றல் மற்றும் இடஞ்சார்ந்த அளவுருக்கள் ஆகியவற்றை உறுதி செய்கிறது. அதிக மறுபடியும் விகிதத்தில் (1 ஹெர்ட்ஸ்) இயங்கும் ஒரு இடைநிலை OPCPA பல்லாயிரக்கணக்கான ஜூல்களுக்கு (படம் 1 இல் 2) பல்லாயிரக்கணக்கான துடிப்பை அதிகரிக்கிறது. துடிப்பு பூஸ்டர் OPCPA ஆல் ஒற்றை கிலோஜூல் கற்றைக்கு மேலும் பெருக்கப்பட்டு 12 ஒத்த துணை பீம்களாக பிரிக்கப்படுகிறது (4 படம் 1 இல் 4). இறுதி 12 OPCPA இல், 12 சிரித்த ஒளி பருப்பு வகைகள் ஒவ்வொன்றும் கிலோஜூல் மட்டத்திற்கு (படம் 1 இல் 5) பெருக்கப்பட்டு பின்னர் 12 சுருக்க கிராட்டிங்ஸால் சுருக்கப்படுகின்றன (படம் 1 இல் 6 இன் ஜி.சி). குழு வேகம் சிதறல் மற்றும் உயர் வரிசை சிதறலை துல்லியமாகக் கட்டுப்படுத்த முன் இறுதியில் ஒலியியல்-ஆப்டிக் நிரல்படுத்தக்கூடிய சிதறல் வடிகட்டி பயன்படுத்தப்படுகிறது, இதனால் மிகச்சிறிய துடிப்பு அகலத்தைப் பெற. துடிப்பு ஸ்பெக்ட்ரம் கிட்டத்தட்ட 12 வது-வரிசை சூப்பர்காஸின் வடிவத்தைக் கொண்டுள்ளது, மேலும் அதிகபட்ச மதிப்பில் 1% ஸ்பெக்ட்ரல் அலைவரிசை 150 என்.எம் ஆகும், இது 17 எஃப்எஸ் ஃபோரியர் டிரான்ஸ்ஃபார்ம் லிமிட் துடிப்பு அகலத்துடன் தொடர்புடையது. முழுமையற்ற சிதறல் இழப்பீடு மற்றும் அளவுரு பெருக்கிகளில் நேரியல் அல்லாத கட்ட இழப்பீட்டின் சிரமத்தை கருத்தில் கொண்டு, எதிர்பார்க்கப்படும் துடிப்பு அகலம் 20 fs ஆகும்.
XCELS லேசர் இரண்டு 8-சேனல் UFL-2M நியோடைமியம் கண்ணாடி லேசர் அதிர்வெண் இரட்டிப்பாக்கும் தொகுதிகள் (படம் 1 இல் 3) பயன்படுத்தும், இதில் 13 சேனல்கள் பூஸ்டர் OPCPA மற்றும் 12 இறுதி OPCPA ஐ செலுத்த பயன்படுத்தப்படும். மீதமுள்ள மூன்று சேனல்கள் சுயாதீன நானோ விநாடி கிலோஜூல் துடிப்புகளாகப் பயன்படுத்தப்படும்லேசர் ஆதாரங்கள்பிற சோதனைகளுக்கு. டி.கே.டி.பி படிகங்களின் ஆப்டிகல் முறிவு வாசலால் வரையறுக்கப்பட்டால், பம்ப் செய்யப்பட்ட துடிப்பின் கதிர்வீச்சு தீவிரம் ஒவ்வொரு சேனலுக்கும் 1.5 ஜிகாவாட்/செ.மீ 2 ஆக அமைக்கப்பட்டுள்ளது மற்றும் காலம் 3.5 என்.எஸ்.
Xcels லேசரின் ஒவ்வொரு சேனலும் 50 PW சக்தியுடன் பருப்பு வகைகளை உருவாக்குகிறது. மொத்தம் 12 சேனல்கள் மொத்த வெளியீட்டு சக்தியை 600 pw ஐ வழங்குகின்றன. பிரதான இலக்கு அறையில், சிறந்த நிலைமைகளின் கீழ் ஒவ்வொரு சேனலின் அதிகபட்ச கவனம் செலுத்தும் தீவிரம் 0.44 × 1025 w/cm2 ஆகும், இது F/1 கவனம் செலுத்தும் கூறுகள் கவனம் செலுத்த பயன்படுத்தப்படுகின்றன என்று கருதி. ஒவ்வொரு சேனலின் துடிப்பு சுருக்கத்திற்குப் பிந்தைய நுட்பத்தால் மேலும் 2.6 FS ஆக சுருக்கப்பட்டால், அதனுடன் தொடர்புடைய வெளியீட்டு துடிப்பு சக்தி 230 PW ஆக அதிகரிக்கப்படும், இது 2.0 × 1025 w/cm2 ஒளி தீவிரத்துடன் தொடர்புடையது.
அதிக ஒளி தீவிரத்தை அடைய, 600 PW வெளியீட்டில், 12 சேனல்களில் உள்ள ஒளி பருப்பு வகைகள் தலைகீழ் இருமுனை கதிர்வீச்சின் வடிவவியலில் கவனம் செலுத்தப்படும், படம் 2 இல் காட்டப்பட்டுள்ளபடி. ஒவ்வொரு சேனலிலும் துடிப்பு கட்டம் பூட்டப்படாதபோது, கவனம் தீவிரம் 9 × 1025 W/cm2 ஐ அடையலாம். ஒவ்வொரு துடிப்பு கட்டமும் பூட்டப்பட்டு ஒத்திசைக்கப்பட்டால், ஒத்திசைவான விளைவாக ஒளி தீவிரம் 3.2 × 1026 w/cm2 ஆக உயர்த்தப்படும். பிரதான இலக்கு அறைக்கு கூடுதலாக, XCELS திட்டத்தில் 10 பயனர் ஆய்வகங்கள் உள்ளன, ஒவ்வொன்றும் சோதனைகளுக்கு ஒன்று அல்லது அதற்கு மேற்பட்ட விட்டங்களைப் பெறுகின்றன. இந்த மிகவும் வலுவான ஒளி புலத்தைப் பயன்படுத்தி, எக்ஸ்செல்ஸ் திட்டமானது நான்கு வகைகளில் சோதனைகளை மேற்கொள்ள திட்டமிட்டுள்ளது: தீவிர லேசர் புலங்களில் குவாண்டம் எலக்ட்ரோடைனமிக்ஸ் செயல்முறைகள்; துகள்களின் உற்பத்தி மற்றும் முடுக்கம்; இரண்டாம் நிலை மின்காந்த கதிர்வீச்சின் தலைமுறை; ஆய்வக வானியற்பியல், அதிக ஆற்றல் அடர்த்தி செயல்முறைகள் மற்றும் கண்டறியும் ஆராய்ச்சி.
படம். 2 பிரதான இலக்கு அறையில் வடிவவியலை மையப்படுத்துதல். தெளிவுக்காக, பீம் 6 இன் பரவளைய கண்ணாடி வெளிப்படையானதாக அமைக்கப்பட்டுள்ளது, மேலும் உள்ளீடு மற்றும் வெளியீட்டு கற்றைகள் 1 மற்றும் 7 சேனல்களை மட்டுமே காட்டுகின்றன
சோதனை கட்டிடத்தில் XCELS லேசர் அமைப்பின் ஒவ்வொரு செயல்பாட்டு பகுதியின் இடஞ்சார்ந்த தளவமைப்பை படம் 3 காட்டுகிறது. மின்சாரம், வெற்றிட விசையியக்கக் குழாய்கள், நீர் சுத்திகரிப்பு, சுத்திகரிப்பு மற்றும் ஏர் கண்டிஷனிங் ஆகியவை அடித்தளத்தில் அமைந்துள்ளன. மொத்த கட்டுமானப் பகுதி 24,000 மீ 2 க்கும் அதிகமாக உள்ளது. மொத்த மின் நுகர்வு சுமார் 7.5 மெகாவாட் ஆகும். சோதனை கட்டிடம் ஒரு உள் வெற்று ஒட்டுமொத்த சட்டகம் மற்றும் வெளிப்புறப் பகுதியைக் கொண்டுள்ளது, ஒவ்வொன்றும் இரண்டு துண்டிக்கப்பட்ட அடித்தளங்களில் கட்டப்பட்டுள்ளன. அதிர்வு-தனிமைப்படுத்தப்பட்ட அடித்தளத்தில் வெற்றிடம் மற்றும் பிற அதிர்வு-தூண்டும் அமைப்புகள் நிறுவப்பட்டுள்ளன, இதனால் அடித்தளத்தின் மூலம் லேசர் அமைப்புக்கு அனுப்பப்படும் இடையூறுகளின் வீச்சு மற்றும் ஆதரவு 1-200 ஹெர்ட்ஸ் அதிர்வெண் வரம்பில் 10-10 ஜி 2/ஹெர்ட்ஸுக்கும் குறைவாக குறைக்கப்படுகிறது. கூடுதலாக, தரையில் மற்றும் உபகரணங்களின் சறுக்கலை முறையாக கண்காணிக்க லேசர் மண்டபத்தில் ஜியோடெசிக் குறிப்பு குறிப்பான்களின் நெட்வொர்க் அமைக்கப்பட்டுள்ளது.
எக்ஸ்செல்ஸ் திட்டம் மிக உயர்ந்த உச்ச சக்தி ஒளிக்கதிர்களின் அடிப்படையில் ஒரு பெரிய அறிவியல் ஆராய்ச்சி வசதியை உருவாக்குவதை நோக்கமாகக் கொண்டுள்ளது. XCELS லேசர் அமைப்பின் ஒரு சேனல் 1024 W/CM2 ஐ விட பல மடங்கு அதிகமாக கவனம் செலுத்தும் ஒளி தீவிரத்தை வழங்கக்கூடும், இது சுருக்கத்திற்கு பிந்தைய தொழில்நுட்பத்துடன் 1025 W/CM2 ஐ மீறலாம். லேசர் அமைப்பில் உள்ள 12 சேனல்களிலிருந்து இருமுனை-கவனம் செலுத்தும் பருப்பு வகைகள் மூலம், 1026 W/CM2 க்கு நெருக்கமான ஒரு தீவிரத்தை பிந்தைய சுருக்க மற்றும் கட்ட பூட்டுதல் இல்லாமல் அடைய முடியும். சேனல்களுக்கு இடையிலான கட்ட ஒத்திசைவு பூட்டப்பட்டால், ஒளி தீவிரம் பல மடங்கு அதிகமாக இருக்கும். இந்த பதிவு-உடைக்கும் துடிப்பு தீவிரங்கள் மற்றும் மல்டி-சேனல் பீம் தளவமைப்பு ஆகியவற்றைப் பயன்படுத்தி, எதிர்கால எக்ஸ்செல்ஸ் வசதி மிக அதிக தீவிரம், சிக்கலான ஒளி புல விநியோகங்களுடன் சோதனைகளைச் செய்ய முடியும், மேலும் பல சேனல் லேசர் கற்றைகள் மற்றும் இரண்டாம் நிலை கதிர்வீச்சைப் பயன்படுத்தி இடைவினைகளைக் கண்டறியும். இது சூப்பர்-ஸ்ட்ராங் மின்காந்த புல சோதனை இயற்பியல் துறையில் ஒரு தனித்துவமான பங்கைக் கொண்டிருக்கும்.
இடுகை நேரம்: MAR-26-2024